Une équipe internationale incluant deux chercheurs du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM du CEA-Irfu a détecté pour le première fois la présence de la molécule CH+ dans les galaxies distantes de l’Univers jeune, grâce au grand interféromètre ALMA. La présence de cette molécule particulière démontre l'existence autour des jeunes galaxies de vastes réservoirs turbulents de gaz froid de faible densité. Leur présence pourrait permettre d'expliquer comment les galaxies parviennent à prolonger leur phase d’intense formation stellaire malgré l'éjection de matière induite lors des explosions d'étoiles. Ces résultats sont publiés dans la revue Nature du 24 aout 2017.
Former les étoiles dans les premières galaxies
La plupart des étoiles et des galaxies observées aujourd’hui se sont formées lorsque l’Univers avait seulement 10% de son âge actuel, soit 1 à 2 milliards d’années. Ce processus est théoriquement determiné par des flots de matière primordiale vers les galaxies, et par l’éjection de matière par les explosions d’étoiles massives, dites « supernovae » dans les galaxies. Néanmoins seules les éjections de matières ont été observées à ce jour et les propriétés des flots de matière restent encore hypothétiques.
L'équipe de chercheurs a utilisé l’interféromètre ALMA pour étudier la molécule CH+ dans six galaxies distantes de l’Univers jeune. Observée jusqu’ici uniquement dans des systèmes proches, CH+ permet de détecter du gaz même à densité faible, notamment si ce gaz est turbulent et parcouru par des chocs. L’émission de CH+ s’est révélée particulièrement intense autour des galaxies primordiales, mettant en évidence des réservoirs de gaz particulièrement massifs autour des galaxies : la réserve de ce gaz circumgalactique s’étend sur plusieurs fois le rayon des galaxies elles-mêmes et pourrait contenir plusieurs fois la masse de gaz contenue dans les galaxies.
Le grand réseau d'antennes millimétrique/submillimétrique de l'Atacama (ALMA), à 5000 m d'altitude sur le haut plateau de Chajnantor, dans les Andes chilienne. Le réseau principal comporte cinquante antennes de 12 mètres de diamètre, utilisées ensemble comme un télescope unique – un interféromètre. Crédits ESO
Maintenir les flambées d'étoiles
“La présence de la molécule CH+ nous apprend que l’énergie est stockée au sein de vents puissants produits par les explosions d'étoiles à l’échelle galactique et donne lieu à des mouvements turbulents au sein de réservoirs jusqu’alors inconnus de gaz froid situés en périphérie de la galaxie” indique Edith Falgarone, l’auteur principal de l'étude. “En acheminant la turbulence dans les réservoirs, ces vents galactiques étendent la durée de la phase de formation stellaire au lieu de l’interrompre.”
Selon Frédéric Bournaud du Département d'Astrophysique-Laboratoire AIM qui a été un des chercheurs à l'intitative des observations ALMA : "Ces résultats remettent en cause un élément fondamental des théories de formation des galaxies, qui considèrent habituellement que les vents de matière éjectée des supernovae sont définitivement perdus pour les galaxies. Au contraire, ces derniers pourraient alimenter les réservoirs massifs et turbulents mis en évidence par nos observations et permettre ainsi la formation de nouvelles générations d’étoiles."
Ce scénario permettait en particulier d'expliquer pourquoi ces galaies jeunes dites "à flambées d'étoiles" qui ont un taux de formation d'étoiles parfois plus de 100 fois plus élevé que les galaxies actuelles, peuvent continuer à former des étoiles pendant plus de 100 millions d'années.
Schéma représentant les différents composants qui alimentent les galaxies jeunes pour leur permettre une forte formation d'étoiles. Crédit: ESO/L. Benassi
Contacts : Frédéric Bournaud, David Elbaz
Publication :
"Large turbulent reservoirs of cold molecular gas around high-redshift starburst galaxies"
E. Falgarone, M. A. Zwaan, B. Godard, E. Bergin, R. J. Ivison, P. M. Andreani, F. Bournaud, R. S. Bussmann, D. Elbaz, A. Omont, I. Oteo & F. Walter
publié dans la revue Nature 548, 430–433 (24 August 2017) doi:10.1038/nature23298
Pour une version électronique : 
Falgarone.pdf
Voir : le communiqué de l'Observatoire Européen Austral (ESO) (30 Aout 2017)
Voir aussi : Naissance turbulente des étoiles dans le choc des galaxies (12 mai 2014)
Rédaction F. Bournaud, J.M. Bonnet-Bidaud, ESO
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